Конспект для учителя

Конспект учителя по теме «Химический состав клетки»

В природе можно встретить большое разнообразие клеток (рис. 1). Они отличаются по размеру, функциям, форме, являются свободноживущими или же входят в состав многоклеточных организмов, но при всем этом разнообразии все они состоят из одних и тех же типов химических веществ, претерпевающих одинаковые превращения.

Рис. 1. Разнообразие клеток

Живую клетку отличают две важные особенности:

Высокое содержание воды.
Большое количество сложных органических веществ.

В живой клетке можно встретить различные химические элементы. Ученые подсчитали, что в клетке содержится более 70 химических элементов, то есть более половины всех существующих, только 24 из них постоянно встречаются в различных типах клеток. По количеству элементы, содержащиеся в клетках, делятся на макро- и микроэлементы (рис. 2).

Рис. 2. Макро-, микро- и ультрамикроэлементы

Макроэлементы встречаются в клетках в большом количестве. К ним относятся кислород, углерод, водород, азот, сера, железо, фосфор, кальций, калий и так далее. Микроэлементы представлены в клетках в небольшом количестве, это такие элементы, как марганец, медь, селен, кобальт, цинк, йод, никель и так далее. Несмотря на очень малое содержание, микроэлементы играют важную роль, так как влияют на обмен веществ в клетке. Кроме макро- и микроэлементов, выделяют еще группу ультрамикроэлементов, которые составляют менее одной миллионной процента в организмах живых существ. К ним, например, относятся золото и серебро, которые оказывают бактерицидное воздействие. Ртуть подавляет обратное всасывание воды в почечных канальцах, оказывая воздействие на ферменты. Также к ультрамикроэлементам относят платину и цезий. Некоторые к этой группе относят и селен, при его недостатке развиваются раковые заболевания. Процентное содержание в организме того или иного элемента ни в коем случае не характеризует степень его важности и необходимости в организме.

Многие микроэлементы входят в состав биологически активных веществ: ферментов, витаминов, например, кобальт входит в состав витамина B12 (рис. 3), а также гормонов. Они оказывают влияние на рост и развитие организмов, кроветворения (железо и медь), процессы клеточного дыхания (медь, цинк) и так далее.

Рис. 3. Витамин В 12

Эти 70 элементов в составе клетки образуют тысячи химических веществ, которые можно разделить на две большие группы (рис. 4).

Рис. 4. Органические и неорганические вещества

Это неорганические и органические вещества, входящие в состав клетки. Неорганические вещества – это вода, минеральные соли, углекислый газ, различные кислоты и основания. Вода является важнейшим компонентом содержимого живой клетки, она составляет в среднем около 70 % ее массы (рис. 5).

Рис. 5. Состав клетки

Вода придает клетке упругость и объем, обеспечивает постоянство ее состава, участвует в химических реакциях и в построении химических молекул, делает возможным протекание всех процессов жизнедеятельности клетки. Вода является универсальным растворителем всех веществ, поступающих в клетку, и тех, которые из нее выводятся. Минеральные соли составляют примерно от 1 до 1,5 % от общей массы клетки, но роль, которую они выполняют, очень важна. В растворенном виде минеральные соли представляют собой необходимую среду для химических процессов, которые протекают в клетке.

В клетках можно встретить много разных солей. Животные их избыток выводят с помощью выделительной системы. А у растений они накапливаются и кристаллизуются в различных органоидах или вакуолях, чаще всего это бывает соль и кальций. Их форма в клетках растений может быть различной: иглы, ромбы, кристаллики, одинокие или сросшиеся вместе, так называемые друзы (рис. 6). Органические вещества клетки называют так потому, что впервые выделены они были именно из организмов. К ним относятся такие вещества, как белки, липиды (или жиры), углеводы и нуклеиновые кислоты.

Рис. 6. Форма различных солей в клетках растений

Органическая химия – это химия соединения такого удивительного элемента, как углерод. Его удивительность и уникальность в том, что многочисленные превращения молекул и образование различных крупных и даже гигантских молекул органических соединений происходит благодаря тому, что углерод, будучи четырехвалентным, способен объединяться в длинные цепи и замкнутые кольцевые структуры (рис. 7).

Рис. 7. Модель кристаллической структуры углерода

Эти углеродные цепи и кольца являются скелетами сложных органических молекул. В клетках живых организмов синтезируются всевозможные большие и малые органические молекулы.

Некоторые малые молекулы могут соединяться между собой и образуют крупные молекулы – полимеры (от греческого слова polis – «многочисленный» и meros – «часть, доля»). Малые молекулы, ставшие звеньями полимерной цепи, называют мономерами (от слова monos – один) (рис. 8).

Рис. 8. Мономеры и полимеры

Углеводы

Углеводы – это органические вещества, в состав которых входит углерод, водород и кислород, то есть, по сути, углерод и вода, отсюда и название – углеводы.

Рис. 9. Углеводы

Они выполняют в клетке различные функции:

- энергетическую, как сахароза, глюкоза;

- защитную, как целлюлоза;

- резервную, как крахмал или гликоген.

Углеводы часто выступают в роли очень важных компонентов других органических соединений клетки, которые встречаются практически у всех организмов, живущих на Земле.

Липиды

Липиды – это вещества, которые практически не растворяются в воде, но зато хорошо растворяются в органических растворителях (рис. 10).

Рис. 10. Липиды

Многие из них образованы с участием жирных кислот. Хорошо знакомые нам липиды – жиры, которые мы употребляем в пищу, например сливочное масло. Это не что иное, как соединение жирных кислот и трехатомного спирта глицерина. Роль липидов в жизненном цикле клетки не сводится к одному лишь запасанию энергии, хотя благодаря своим свойствам эту функцию они выполняют блестяще. Разные виды липидов включаются в самые различные процессы, протекающие в клетке, например фосфолипиды (рис. 11), в состав которых входит остаток фосфорной кислоты.